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塑料成型工艺与模具设计 第1章 高分子聚合物的结构特点与性能 树脂与塑料 树脂分为合成树脂和天然树脂，添加具有特定性能的助剂才称为塑料。 1 . 1 聚合物的结构特点 1 .聚合物的形成：一种（或两种及以上）具有两个及以上可反应官能团的化合物，通过化学反应，以化学键的形式连接成一个大分子。如PE、PA。 2 .聚合物的链状结构：如一根细丝，易弯曲，没外力作用时呈自由卷曲状，相互交缠，在外力作用下发生相对移动和自由旋转。使聚合物具有一定的柔软性并富有弹性。 3 .聚合物大分子链状结构的类型 线型、支链型、体型。 1 . 2 聚合物的热力学性能 聚合物在不同温度下所表现出来的分子热运动特征称为聚合物的物理状态。 分为玻璃态、高弹态、黏流态，其转变主要与温度有关。θx→ θ g→ θ f(m) → θ d 一般来说， θx是塑件使用温度的下限， θ g是使用温度的上线（不是绝对的）。 1 . 3 聚合物的流变学性质 1.3.1 聚合物变形流动时的黏弹性 1、成型过程中的应力应变 聚合物在成型过程中的变形和流动，是成型设备施加外力作用的结果。聚合物受外力时，内部会产生相平衡的内力，单位面积上的内力称为应力。 应力有三种类型：切应力、拉应力、压应力，相应产生三种应变（应力作用下产生的形状与尺寸变化）切应变、拉应变、压应变，主要是切应变。 2、聚合物流动时的黏弹性质 三种变形：普弹变形、高弹变形、黏性变形 1.3 聚合物的流变学性质 3、聚合物变形的滞后效应与松驰 聚合物在高弹态、黏流态下发生流动的变形均与时间有关。聚合物熔体从开始变形到变形与应力作用相适应的平衡状态，变形与应力的滞后响应称为滞后效应，而变形与应力之间的平衡过程称为松驰。 主要影响制品的尺寸精度和质量。如内应力等。 1.3 聚合物的流变学性质 1.3.2 聚合物的流变性质 1、牛顿流动规律 式中：τ—剪切应力（Pa） η—切变速率（剪切速率）（S-1） γ·--牛顿黏度（Pa·s） 1.3 聚合物的流变学性质 2.指数流动规律 式中：K—稠度系数 ηa—表观黏度（Pa·s） n—非牛顿指数 当n﹥1时，称为膨胀性流体；当n﹤1时，称假塑性流体；当n=1时，称牛顿流体。 3.温度和压力对黏度的影响 温度升高黏度减小、压力增加黏度增加。 1.3 聚合物的流变学性质 1.3.4 影响聚合物流变学性质的因素 1.聚合物结构对黏度的影响 （1）分子结构：链的柔顺性、支化程度。 （2）相对分子量：较大时黏度高。 （3）相对分子量分布：宽时黏度小，但质量差。 2 .温度对黏度的影响 温度高时黏度下降 3 .压力对黏度的影响 压力大时黏度增加 1 . 3 聚合物的流变学性质 1. 3 . 5热固性聚合物的流变学性质 （略） 1 . 4 聚合物熔体在成型过程中的流动状态 失稳流动 是当切应力或切变速率升高到一定数值时，熔体的流动出现弹性紊乱状态的现象。 熔体破裂 当一定融熔体流动速率的聚合物熔体，在恒温下通过喷嘴孔时其流速超过某值后，熔体表面凹凸不平或外形畸变以致支离或断裂的现象称为熔体破裂，它影响塑件外观及物性。 在选用熔体流动速率高的聚合物时，通过增大喷嘴、浇道、进料口截面，减少注塑速度，提高料温等方式，避免熔体破裂；可选用低分子量和宽分子量分布的材料。 1.5 聚合物在成型过程中的物理和化学变化 1 . 5 .1聚合物的结晶 （1）结晶的概念 线型聚合物熔体在冷凝过程中，树脂分子的排列由非晶态转变为晶态的过程。 结构简单、对称性好、支链短（小、少）、链刚性小的高聚物易结晶。 结晶度高，其密度、强度、刚度、熔点、耐热性、耐化学性等高。但弹性、伸长率、冲击强度、透明性将降低，成型收缩率增大。 （2）二次结晶和后结晶（可通过退火处理） （3）结晶速度 （4）结晶度 1 .5 聚合物在成型过程中的物理和化学变化 结晶对聚合物性能的影响 （1）密度 （2）力学性能 （3）热性能 （4）翘曲 （5）表面粗糙度和透明度 1.5 聚合物在成型过程中的物理和化学变化 影响结晶度的因素 （1）温度 （2）冷却速度 （3）压力 （4）分子结构 （5）添加剂 1.5 聚合物在成型过程中的物理和化学变化 1.5.2 聚合物的取向 1、取向的概念 大分子及其链段或结晶聚合物的微晶粒子在应力作用下，形成有序的排列称为取向。 取向结构分为单轴取向和多轴取向。 2、注射或压注成型塑件中固体的取向(流动取向) 3、注射或